tomcat: 类加载器

Posted 2021-01-27 牧云文仔

一、tomcat是个web容器，要解决以下问题

1. 一个web容器可能要部署两个或者多个应用程序，不同的应用程序，可能会依赖同一个第三方类库的不同版本，因此要保证每一个应用程序的类库都是独立、相互隔离的。

2. 部署在同一个web容器中的相同类库的相同版本可以共享，否则，会有重复的类库被加载进JVM

3. web容器也有自己的类库，不能和应用程序的类库混淆，需要相互隔离

4. web容器支持jsp文件修改后不用重启，jsp文件也是要编译成.class文件的，支持HotSwap功能

 

二、tomcat使用Java默认类加载器的问题

1. 默认的类加载器无法加载两个相同类库的不同版本，它只在乎类的全限定类名，并且只有一份，所以无法解决上面1和3，相互隔离的问题

2. 修改jsp文件后，因为类名一样，默认的类加载器不会重新加载，而是使用方法区中已经存在的类；所以需要每个jsp对应一个唯一的类加载器，当修改jsp的时候，直接卸载唯一的类加载器，然后重新创建类加载器，并加载jsp文件

 

三、tomcat的类加载机制

1. 架构图

2. tomcat自己定义的类加载器：

CommonClassLoader：tomcat最基本的类加载器，加载路径中的class可以被tomcat和各个webapp访问

CatalinaClassLoader：tomcat私有的类加载器，webapp不能访问其加载路径下的class，即对webapp不可见

SharedClassLoader：各个webapp共享的类加载器，对tomcat不可见

WebappClassLoader：webapp私有的类加载器，只对当前webapp可见

JspClassLoader

3. 每一个web应用程序对应一个WebappClassLoader，每一个jsp文件对应一个JspClassLoader，所以这两个类加载器有多个实例

4. 工作原理：

a. CommonClassLoader能加载的类都可以被Catalina ClassLoader和SharedClassLoader使用，从而实现了公有类库的共用

b. CatalinaClassLoader和Shared ClassLoader自己能加载的类则与对方相互隔离

c. WebAppClassLoader可以使用SharedClassLoader加载到的类，但各个WebAppClassLoader实例之间相互隔离，多个WebAppClassLoader是同级关系

d. 而JasperLoader的加载范围仅仅是这个JSP文件所编译出来的那一个.Class文件，它出现的目的就是为了被丢弃：当Web容器检测到JSP文件被修改时，会替换掉目前的JasperLoader的实例，并通过再建立一个新的Jsp类加载器来实现JSP文件的HotSwap功能

5. tomcat目录结构，与上面的类加载器对应

/common/*

/server/*

/shared/*

/WEB-INF/*

6. 默认情况下，conf目录下的catalina.properties文件，没有指定server.loader以及shared.loader，所以tomcat没有建立CatalinaClassLoader和SharedClassLoader的实例，这两个都会使用CommonClassLoader来代替。Tomcat6之后，把common、shared、server目录合成了一个lib目录。所以在我们的服务器里看不到common、shared、server目录。

 

 

四、tomcat类加载器和双亲委派模型的关系

1. tomcat为了实现隔离性和热替换，没有使用默认的类加载器，而是自己实现了类加载器：

每个webappClassLoader加载自己目录下的class文件

每个jasper类加载器加载一个jsp文件

2. 双亲委派模型的标准是：每个类加载器要加载类的时候，先传给父类加载器加载，父类加载器加载不了的时候，才由自己加载

3. webappClassLoader和jasperClassLoader没有传给父类加载器去加载，还是传给了父类加载器而父类加载器加载不了？先自己加载

4. 从WebappClassLoader.loadClass源码上看，确实没有传给父类加载器去加载，确实破坏了双亲委派模型，对于一些未加载的非基础类(非Object,String等)，各个web应用自己的类加载器(WebAppClassLoader)会优先加载，加载不到时再交给commonClassLoader走双亲委托

hasExternalRepositories && searchExternalFirst 默认为false

5. 为什么要破坏？不破坏行不行？每个webapp有自己的目录和类库，比如一个webapp使用类库A1.0版本，一个webapp使用类库A2.0版本，父类加载器加载类库A1.0版本，如果使用双亲委派，会由commonClassLoader去加载类库A1.0版本，这样第二个webapp会有问题

6. 可以通过在Context.xml文件中加上<Loader delegate = "true">开启正统的“双亲委派”加载机制

public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 其他代码略去.....
       
        // Ask our superclass to locate this class, if possible
        // (throws ClassNotFoundException if it is not found)
        Class<?> clazz = null;
        try {
            if (log.isTraceEnabled())
                log.trace("      findClassInternal(" + name + ")");
            //        (1)默认为false
            if (hasExternalRepositories && searchExternalFirst) {
                try {
                    clazz = super.findClass(name);
                } catch(ClassNotFoundException cnfe) {
                    // Ignore - will search internal repositories next
                } catch(AccessControlException ace) {
                    log.warn("WebappClassLoaderBase.findClassInternal(" + name
                            + ") security exception: " + ace.getMessage(), ace);
                    throw new ClassNotFoundException(name, ace);
                } catch (RuntimeException e) {
                    if (log.isTraceEnabled())
                        log.trace("      -->RuntimeException Rethrown", e);
                    throw e;
                }
            }
            //            (2)
            if ((clazz == null)) {
                try {
                    clazz = findClassInternal(name);
                } catch(ClassNotFoundException cnfe) {
                    if (!hasExternalRepositories || searchExternalFirst) {
                        throw cnfe;
                    }
                } catch(AccessControlException ace) {
                    log.warn("WebappClassLoaderBase.findClassInternal(" + name
                            + ") security exception: " + ace.getMessage(), ace);
                    throw new ClassNotFoundException(name, ace);
                } catch (RuntimeException e) {
                    if (log.isTraceEnabled())
                        log.trace("      -->RuntimeException Rethrown", e);
                    throw e;
                }
            }
            
      //其他代码略去........
        return (clazz);
 
    }

 

 加载过程：

1. 先在本地缓存中查找是否已经加载过该类(对于一些已经加载了的类，会被缓存在resourceEntries这个数据结构中)，如果已经加载即返回，否则 继续下一步。
2. 让系统类加载器(AppClassLoader)尝试加载该类，主要是为了防止一些基础类会被web中的类覆盖，如果加载到即返回，返回继续。
3. 前两步均没加载到目标类，那么web应用的类加载器将自行加载，如果加载到则返回，否则继续下一步。
4. 最后还是加载不到的话，则委托父类加载器(Common ClassLoader)去加载。

 

 

五、其他破坏了双亲委派模型的技术

1. OSGI是基于Java语言的动态模块化规范，类加载器之间是网状结构，更加灵活，但是也更复杂

2. JNDI服务，使用线程上线文类加载器，父类加载器去使用子类加载器

 

 

 

 

参考文档：

https://blog.csdn.net/qq_38182963/article/details/78660779

https://blog.csdn.net/moakun/article/details/80563505

https://www.cnblogs.com/aspirant/p/8991830.html